JP2020112714A - Virtual image display - Google Patents
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Abstract
【課題】ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能とし、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ることが可能な虚像表示装置を提供すること。【解決手段】画像を表示する映像素子と、映像素子からの画像を投射する投射光学系と、投射光学系における第1の開口部を形成する第1絞りと、投射光学系における第2の開口部を形成する第2絞りとを有する2段構造絞りとを備え、映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線について、像面に対する傾きは、像面の面内方向のうちの第1方向と第1方向に垂直な第2方向とで異なっており、2段構造絞りにおける第1絞りと第2絞りとは、第1方向と第2方向とにおける主光線の傾きの違いに応じて異なる位置に設けられている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress generation of ghost, to enable, for example, display of high-quality and wide-angle video, to provide high-quality video, and further to downsize an optical system and further downsize the entire device. To provide a virtual image display device capable of achieving. A video element that displays an image, a projection optical system that projects an image from the video element, a first diaphragm that forms a first opening in the projection optical system, and a second aperture in the projection optical system. A two-stage structure diaphragm having a second diaphragm that forms a portion, and the inclination of the chief ray of the image light emitted from the peripheral portion of the image surface of the image element with respect to the image plane is The first direction and the second direction perpendicular to the first direction are different from each other, and the first diaphragm and the second diaphragm in the two-stage structure diaphragm are the inclinations of the chief rays in the first direction and the second direction. They are provided at different positions depending on the difference. [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、ヘッドマウントディスプレイに代表される虚像表示装置に関する。 The present invention relates to a virtual image display device represented by a head mounted display.
ヘッドマウントディスプレイ等の虚像表示装置として、例えば特許文献1に示すように、光学系を少なくとも1面以上の非対称面を含む非テレセン光学系とし、絞りを設け、光学系の小型化を図りつつ高画質な映像を提供しようとするものが知られている。なお、以下において、ヘッドマウントディスプレイをHMDとも記載する。
As a virtual image display device such as a head-mounted display, for example, as shown in
しかしながら、特許文献1に例示するような構成において、例えば、光学系の増大を抑制しつつさらなる広画角化を図ったり、光学的精度を維持しつつ光学系のさらなる小型化を図ったりしようとすると、絞りを1箇所のみに設けた構成では、画面内外でのゴーストを有効に抑制することができなくなる可能性がある。
However, in the configuration illustrated in
本発明の一態様の虚像表示装置は、画像を表示する映像素子と、映像素子からの画像を投射する投射光学系と、投射光学系における第1の開口部を形成する第1絞りと、投射光学系における第2の開口部を形成する第2絞りとを有する2段構造絞りとを備え、映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線について、像面に対する傾きは、像面の面内方向のうちの第1方向と第1方向に垂直な第2方向とで異なっており、2段構造絞りにおける第1絞りと第2絞りとは、第1方向と第2方向とにおける主光線の傾きの違いに応じて異なる位置に設けられている。 A virtual image display device according to an aspect of the present invention includes a video element that displays an image, a projection optical system that projects an image from the video element, a first aperture that forms a first opening in the projection optical system, and a projection. A two-stage diaphragm having a second diaphragm that forms a second aperture in the optical system, and the inclination of the chief ray of the image light emitted from the peripheral portion of the image plane of the image element with respect to the image plane is The first direction of the in-plane directions of the image plane is different from the second direction perpendicular to the first direction, and the first diaphragm and the second diaphragm in the two-stage structure diaphragm are the first direction and the second direction. They are provided at different positions according to the difference in the inclination of the chief ray at and.
〔第1実施形態〕
以下、図1等を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る虚像表示装置について、詳細に説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, the virtual image display device according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 and the like.
図1等に示すように、本実施形態の虚像表示装置100は、眼鏡のような外観を有するヘッドマウントディスプレイ(HMD)であり、この虚像表示装置100を装着した観察者又は使用者に対して虚像による画像光(映像光)を視認させることができるとともに、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができる。虚像表示装置100は、第1表示装置100Aと、第2表示装置100Bと、フレーム部102とを備える。
As shown in FIG. 1 and the like, the virtual
第1表示装置100A及び第2表示装置100Bは、左眼用と右眼用の虚像をそれぞれ形成する部分であり、観察者の眼前を透視可能に覆う第1及び第2光学部材101a,101bと、第1及び第2像形成本体部105a,105bとをそれぞれ備える。第1及び第2像形成本体部105a,105bについては、後述するが、表示装置(映像素子)や投射レンズ等の像形成のための光学系やこれらの光学系を収納する部材等でそれぞれ構成されている。なお、表示装置(映像素子)や投射レンズ等は、カバー状の外装部材(ケース部材)105dにより覆われることで、支持・収納されている。第1及び第2光学部材101a,101bは、第1及び第2像形成本体部105a,105bで形成される映像光を導光させるとともに外界光と映像光とを重複して視認させる導光部であり、導光部材を含む導光装置を構成している。以下、第1光学部材101aまたは第2光学部材101bを導光装置20ともする。なお、第1表示装置100A及び第2表示装置100Bは、単独でも虚像表示装置として機能する。
The
フレーム部102は、平面視でU字状に折れ曲がった細長い部材であり、第1光学部材101aと第2光学部材101bとの双方すなわち一対の導光装置20に接続して設けられる肉厚構造の中央部102aと、中央部102aから第1及び第2光学部材101a,101bに沿って延び、さらに、U字状に折れ曲がった箇所を形成する支持体102bとを有している。
The
なお、フレーム部102の左右両端から後方に延びるつる部分であるテンプル104が設けられており、観察者の耳やこめかみ等に当接させ支持するものとして用いることができる。
A
以下、図2等を参照して、虚像表示装置100による映像光GLの導光のための構造等について、一例を概念的に説明する。図2〜図4は、第1表示装置100Aの一部を示す図であり、特に光学系の部分を抽出したものとなっている。なお、映像光GLの導光を行うための装置は、既述のように、第1表示装置100A及び第2表示装置100B(図1等参照)であるが、第1表示装置100A及び第2表示装置100Bとは、左右対称で同等の構造を有するため、第1表示装置100Aについてのみ説明し、第2表示装置100Bについては説明を省略する。
An example of the structure for guiding the image light GL by the virtual
図2〜図4に示すように、第1表示装置100Aは、映像光GLを形成する画像表示装置80と、図6等に示す鏡筒BRに収納される結像用の投射レンズLSを含む投射光学系30と、画像表示装置80及び投射レンズLSを経た映像光GLを導光する導光装置20とを備える。導光装置20は、導光及び透視用の導光部材10と、透視用の光透過部材50とで構成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
画像表示装置80は、例えば有機EL等の自発光型の素子で構成される映像素子(映像表示素子)とすることができる。また、画像表示装置80は、例えば透過型の空間光変調装置である映像表示素子のほか、映像表示素子へ照明光を射出するバックライトである照明装置や動作を制御する駆動制御部を有する構成としてもよい。ここでは、図示のように、画像表示装置80は、矩形状であり、矩形状の像面IPを形成して、像面IPの各位置から映像光GLを射出する。ここでは、像面IPの法線方向をz方向とし、z方向は、投射光学系30を構成する投射レンズLSの光軸AXが延びる光軸方向に一致しているものとする。また、z方向に垂直な像面IPの面内方向のうち、矩形の像面IPあるいは画像表示装置80の一方向をx方向とし、x方向に垂直な方向をy方向とする。なお、ここでは、矩形の長手方向をx方向としている。
The
また、以上において、例えば図3及び図4に示すように、画像表示装置80の像面IPから射出される映像光GLのうち、像面IPの周辺部PPから射出される成分光GLpの主光線は、像面IPの中心部CCから射出される成分光GLcの主光線と比較すると、内側に傾いている。言い換えると、中心側の成分光GLcが光軸AXに対して平行あるいはほぼ平行であるのに対して、周辺側の成分光GLpは、光軸AXに近づくように中心側へ傾いている。さらに、主光線に関して、x方向についての傾きとy方向についての傾きとでは傾き具合が異なっている。より具体的には、図5において、比較して示すように、分光GLpの主光線PRpにおいて、y方向についての光軸AXに対する傾きを示す傾斜角度αが、x方向についての光軸AXに対する傾きを示す傾斜角度βよりも大きくなっている。言い換えると、主光線PRpでは、傾斜角度αで示す垂直方向射出角が傾斜角度βすなわち水平方向射出角よりも大きくなって垂直方向(y方向)に関してより内向きとなるように傾いている。なお、成分光GLcの主光線PRcは、光軸AXに対して平行である。以下、主光線PRpの傾きに関する表現として、x方向を第1方向D1とし、y方向を第2方向D2とする。すなわち、像面IPの周辺部PPから射出される映像光GLである成分光GLpの主光線PRpについて、像面IPに対する傾きは、像面IPの面内方向のうちの第1方向D1と第1方向D1に垂直な第2方向D2とで異なっている。
Further, in the above description, as shown in, for example, FIG. 3 and FIG. 4, of the image light GL emitted from the image plane IP of the
図2〜図4に戻って、投射光学系30は、構成要素として、例えば入射側光軸AXが延びる方向(光軸方向;z方向)に沿って並ぶ複数の光学素子(図示の例では、4つのレンズLS1〜LS4)を備えて構成される投射レンズLSを有し、投射レンズLSが、光学部品保持部材(図6等に示す鏡筒BR)によって収納・支持されている。さらに、本実施形態では、投射光学系30において、図3及び図4に示すように、入射側光軸AXに沿った光路上に、相対的に光路下流側に位置して第1の開口部を形成する第1絞りST1と、相対的に光路上流側に位置して第2の開口部を形成する第2絞りST2とを有する2段構造絞りDSを設けている。まず、図3に示すように、第1絞りST1は、第1方向D1について映像光GLの全体を見た場合において、映像光GLの光線束の径が最も小さくなる最適絞り位置に設けられている。一方、図4に示すように、第2絞りST2は、第2方向D2について映像光GLの全体を見た場合において、映像光GLの光線束の径が最も小さくなる最適絞り位置に設けられている。結果として、第1絞りST1と第2絞りST2とは、第1方向D1と第2方向D2とにおける主光線PRpの傾きの違いに応じて異なる位置に設けられている。より具体的には、図示の場合、主光線PRpの傾きについて、第2方向D2についての傾きが、第1方向D1についての傾きよりも大きくなっていることに伴って、すなわち図5において傾斜角度αが、傾斜角度βよりも大きくなっていることに伴って、2段構造絞りDSのうち第2絞りST2が、光路上第1絞りST1よりも画像表示装置80に近い位置に配置されている。言い換えると、2段構造絞りDSのうち、第1絞りST1は、第1方向D1についての傾きに対応して映像光GLの絞りとして機能し、第2絞りST2は、第2方向D2についての傾きに対応して映像光GLの絞りとして機能している。つまり、この場合、第1絞りST1は、水平方向についての絞りとなっており、第2絞りST2は、垂直方向についての絞りとなっている。2段構造絞りDSにおいて、上記のような配置関係にある第1及び第2絞りST1,ST2を有していることで、適切に光の調整を行い、ゴーストの発生を抑制している。また、レンズLS1〜LS4のうちには、例えば非軸対称な非球面(非軸対称非球面)と軸対称な非球面(軸対称非球面)との双方を含む非球面レンズで構成するものが含まれている。つまり、投射レンズLSは、非対称光学系を構成している。これにより、導光装置20を構成する導光部材10の一部と協働して導光部材10の内部に表示像に対応する中間像を形成するものとすることができる。投射レンズLSは、画像表示装置80で形成された映像光GLを導光装置20に向けて投射し入射させる。なお、詳細な説明は省略するが、鏡筒BRは、外装部材105d(図1参照)に収納・支持されている。
Returning to FIG. 2 to FIG. 4, the projection
HMDにおいて、例えば図中の投射光学系30に代表される各光学系の解像性能や歪曲収差を向上させるためには、ある程度のレンズ枚数を必要とする。ところが、レンズ枚数を増やせば、その分だけ光学系が大きくなることにつながる。また小型化のためには、極力レンズ間距離も小さくする必要がある。本実施形態では、より小型化の光学系を実現するため、垂直と水平方向の絞り位置の間、すなわち第1絞りST1と第2絞りST2との間にもレンズを配置する構成としている。
In the HMD, a certain number of lenses is required to improve the resolution performance and distortion of each optical system represented by the projection
導光装置20は、既述のように、導光及び透視用の導光部材10と、透視用の光透過部材50とで構成されている。また、導光装置20は、表面部分に保護層であるハードコート層が設けられていることによって本体部材が被覆され、保護されている。光透過部材50は、導光部材10の透視機能を補助する部材(補助光学ブロック)、すなわち光透過部であり、導光部材10と一体的に固定され1つの導光装置20となっている。導光装置20は、例えば鏡筒BR等の光学部品保持部材にネジ止めされることにより、投射レンズLSに対して精度よく位置決め固定されている。
As described above, the
導光部材10は、光学的な機能を有する側面として、第1〜第5面S11〜S15を有している。これらのうち、第1面S11と第4面S14とが隣接し、第3面S13と第5面S15とが隣接する。また、第1面S11と第3面S13との間に第2面S12が配置されている。第2面S12の表面には、ハーフミラー層が付随して設けられている。このハーフミラー層は、光透過性を有する反射膜(半透過反射膜)であり、金属反射膜や誘電体多層膜を成膜することにより形成され映像光に対する反射率が適宜設定されている。つまり、導光部材10が、観察者の装着時において眼前を覆う透過型反射面を有している。
The
光透過部材50は、既述のように導光部材10と一体的に固定され1つの導光装置20となっており、導光部材10の透視機能を補助する部材(補助光学ブロック)である。光透過部である光透過部材50は、光学的な機能を有する側面として、第1透過面S51と、第2透過面S52と、第3透過面S53とを有する。第2透過面S52は、第1透過面S51と第3透過面S53との間に配置されている。第1透過面S51は、導光部材10の第1面S11を延長した面上にあり、第2透過面S52は、第2面S12に対して接合され一体化されている曲面であり、第3透過面S53は、導光部材10の第3面S13を延長した面上にある。言い換えると、第1面S11と第1透過面S51とが隣接し、同様に、第3面S13と第3透過面S53とが隣接しており、いずれも面一に位置合わせされた状態となった滑らかな面を形成している。
As described above, the
以下、図3を参照して映像光GLの光路について概略説明する。導光部材10は、投射レンズLSから映像光GLを入射させるとともに第1〜第5面S11〜S15での反射等により観察者の眼に向けて導光する。具体的には、投射レンズLSからの映像光GLは、まず、第4面S14に入射して第5面S15で反射され、第4面S14に内側から再度入射して全反射され、第3面S13に入射して全反射され、第1面S11に入射して全反射される。第1面S11で全反射された映像光GLは、第2面S12に入射し、第2面S12に設けたハーフミラー層を部分的に透過しつつも部分的に反射されて第1面S11に再度入射して通過する。第1面S11を通過した映像光GLは、観察者の眼又はその等価位置に略平行光束として入射する。つまり、観察者は、虚像としての映像光GLにより画像を観察することになる。
Hereinafter, the optical path of the image light GL will be briefly described with reference to FIG. The
また、導光装置20は、上述したように導光部材10により観察者に映像光を視認させるとともに、導光部材10と光透過部材50との協働により観察者に歪みの少ない外界像を観察させるものとなっている。この際、第3面S13と第1面S11とが互いに略平行な平面(視度略0)となっていることで、外界光について、収差等をほとんど生じない。また、同様に、第3透過面S53と第1透過面S51とが互いに略平行な平面となっている。さらに、第3透過面S53と第1面S11とが互いに略平行な平面となっていることで、収差等をほとんど生じない。以上により、観察者は、光透過部材50越しに歪みのない外界像を観察することになる。
Further, the
以上のように、本実施形態では、導光部材10の内部において、画像表示装置80からの映像光を、既述のように、少なくとも2回の全反射を含む第1面S11から第5面S15までにおける5回の反射によって導光している。これにより、映像光の表示と外界光を視認させるシースルーとを両立させ、かつ、映像光GLの収差の補正を行うことが可能になる。
As described above, in the present embodiment, in the inside of the
上記のような構成は、第2表示装置100B(図1参照)においても同様となっている。これにより、左右の眼にそれぞれ対応した画像をそれぞれ形成することが可能となっている。
The above-described configuration is the same in the
以下、虚像表示装置100による虚像の視認に関して説明する。まず、図示の例では、観察者により映像光GLによる虚像を視認可能な範囲を示すアイボックスEBを、矩形状の面で示している。一般に、実際のアイボックスEBの面形状は、設計によって種々異なるが、典型的には、円形や正方形とすることが多い。これに対して、本実施形態では、アイボックスEBが、横長の長方形(h<w)としている。アイボックスEBは、上述のように、略平行光束となって第1面S11から射出される各映像光GLの成分が重複する範囲である。つまり、画像が欠けることなく視認可能となるためには、アイボックスEBによって形成される面の範囲内に観察者の眼がくるようにすることが必要である。一般に、人間の眼は、左右に並ぶ水平方向についてよく動きかつ視野も広い。このため、水平方向について長い横長の映像を形成させることが多く、例えば本実施形態においてもそのようにしている。さらに、眼幅には個人差があるため、本実施形態のような左右一対構成の場合において、眼幅調整機構を不要とするには、特にアイボックスEBのうち眼の並ぶ水平方向についてある程度の許容範囲が必要となる。かかる状況から、アイボックスEBの形状については、アイボックスEBの面における面内方向のうち、観察時における観察者の眼の並びに沿った水平方向について、水平方向に垂直な垂直方向よりも大きくしておくほうが望ましい。なお、図示において、Z方向は、アイボックスEBの面についての法線方向を示しており、アイボックスEBの面における面内方向のうち眼の並びに沿った水平方向をX方向で示し、垂直方向をY方向で示している。
Hereinafter, visual recognition of the virtual image by the virtual
本実施形態では、以上のような状況を踏まえて、像面IPの周辺部PPから射出される映像光GLについて、垂直方向(Y方向)に対応する第2方向D2(y方向)について、水平方向(X方向)に対応する第1方向D1(x方向)よりも傾けた構成とし、さらに、これらに対応した第1絞りST1と第2絞りST2とを有する2段構造絞りDSを設けていることで、高品位で広画角な映像表示を可能としつつも、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図り、かつ、ゴーストの発生を抑制して高画質な映像の提供を維持している。 In the present embodiment, based on the above situation, the image light GL emitted from the peripheral portion PP of the image plane IP is horizontally oriented in the second direction D2 (y direction) corresponding to the vertical direction (Y direction). A two-stage structure diaphragm DS having a configuration tilted from a first direction D1 (x direction) corresponding to the direction (X direction) and further having a first diaphragm ST1 and a second diaphragm ST2 corresponding thereto is provided. This enables high-quality and wide-angle video display, while also achieving downsizing of the optical system and, in turn, downsizing of the entire device, while suppressing the occurrence of ghosts and providing high-quality video. Is maintained.
上記について、さらに詳しく説明すると、まず、既述のように、典型的にはアイボックスは円または正方形で設計されることが多いのに対して、本実施形態のアイボックスEBは、水平方向について大きくなっている。これに伴い、画像表示装置80から射出される水平方向についての映像光GLの飲込み角(例えば、13.5°)のほうが垂直方向の映像光GLの飲込み角(例えば、7.5°)よりも大きくなっている。このため、映像光GLの主光線角を水平垂直方向同等にした場合、投射光学系30の射出位置での光束幅は、水平の方が大きくなる。これは、特に横展開のHMD光学系では製品の横幅が大きくなることに繋がり、外観の見た目に大きく影響してしまうため、望ましくない。上記理由から、本実施形態では、射出させる映像光GLの主光線角は、垂直断面方向においてより内側に傾斜させることによって、各光学系の横幅を抑制でき、広画角化と製品の小型化のトレードオフを改善可能としている。
The above will be described in more detail. First, as described above, the eye box is typically designed to be a circle or a square in many cases, whereas the eye box EB of the present embodiment has a horizontal direction. It's getting bigger. Accordingly, the swallowing angle (eg, 13.5°) of the image light GL emitted from the
また、主光線角が垂直断面と水平断面で異なっていると、映像光GLの光線束が最も収束する位置も垂直断面と水平断面で大きく異なってくる。例えば画像表示装置80から射出角がより内側を向いているほうが、光線束の収束位置は、より画像表示装置80に近い位置となる。本実施形態では、これを加味して、第1絞りST1と第2絞りST2との最適な配置位置を定めることで、特にゴースト光の抑制ができるようにしている。
Further, if the principal ray angle is different between the vertical section and the horizontal section, the position at which the ray bundle of the image light GL is most converged is also significantly different between the vertical section and the horizontal section. For example, when the exit angle is more inward from the
以下、図6等を参照して、投射光学系30の一構成例についてより具体的に説明する。図6及び図7に示すように、また、既述のように、投射光学系30のうち投射レンズLSは、光路上画像表示装置80から遠い側から順に4つのレンズLS1〜LS4を有し、これらが、一体成形された1つの鏡筒BRに収納されている。なお、鏡筒BRは、例えば樹脂成形により製作される。さらに、ここでは、投射光学系30の4つのレンズLS1〜LS4の間には、2つの絞りST1,ST2で構成される2段構造絞りDSが設けられている。図示の例では、2段構造絞りDSのうち、光路下流側に位置する第1絞りST1が、第1レンズLS1と第2レンズLS2との間に設けられており、光路上流側に位置する第2絞りST2が、第3レンズLS3と第4レンズLS4との間に設けられている。見方を変えると、第1絞りST1と第2絞りST2の間には、投射光学系30を構成するレンズが挿入されている。
Hereinafter, one configuration example of the projection
また、図示の例では、2段構造絞りDSについて、一方の第1絞りST1は、鏡筒BRと別体の取付部材MMで構成され、他方の第2絞りST2は、鏡筒BRの一部として一体成形されている。この場合、第2絞りST2は、筒状の鏡筒BRにおいて最も括れた部分を形成している。また、ここでの一例では、第1絞りST1は、取付部材MMとしての黒テープで構成されている。なお、第1絞りST1の構造については、図8等を参照して、後述する。 In the illustrated example, in the two-stage structure diaphragm DS, one first diaphragm ST1 is composed of a mounting member MM that is separate from the lens barrel BR, and the other second diaphragm ST2 is a part of the lens barrel BR. Is integrally molded as. In this case, the second diaphragm ST2 forms the most constricted part in the cylindrical lens barrel BR. Further, in the example here, the first aperture stop ST1 is made of a black tape as the mounting member MM. The structure of the first aperture stop ST1 will be described later with reference to FIG.
この場合、まず、図6に示すように、第2絞りST2は、鏡筒BRの内面のうち、第3レンズLS3と第4レンズLS4との間の最適絞り位置に設けられている。見方を変えると、鏡筒BRは、第3レンズLS3の位置決め部DT3と第4レンズLS4の位置決め部DT4との間に第2絞りST2となるべき突起部TPを形成している。射出成形により鏡筒BRを製作する際においても、突起部TPが、最も内側に張り出した基準位置となる。 In this case, first, as shown in FIG. 6, the second diaphragm ST2 is provided at the optimum diaphragm position between the third lens LS3 and the fourth lens LS4 on the inner surface of the lens barrel BR. From a different point of view, the lens barrel BR forms a protrusion TP to be the second diaphragm ST2 between the positioning portion DT3 of the third lens LS3 and the positioning portion DT4 of the fourth lens LS4. Even when the lens barrel BR is manufactured by injection molding, the protruding portion TP is the reference position that projects the innermost portion.
次に、図7に示すように、第1絞りST1は、取付部材MMを第1レンズLS1に取り付けることで、第1レンズLS1と第2レンズLS2との間の最適絞り位置に設けられている。 Next, as shown in FIG. 7, the first aperture stop ST1 is provided at the optimum aperture position between the first lens LS1 and the second lens LS2 by attaching the attachment member MM to the first lens LS1. ..
以下、図8及び図9を参照して、取付部材MMにより形成される第1絞りST1についてより詳しく説明する。まず、第1絞りST1となるべき取付部材MMは、黒のシート状のテープ部材であり、第1絞りST1の開口部OP1における光透過領域の形状を定める開口H1のほか、第1レンズLS1のうち有効レンズ径の外側の四隅に設けられた4本の位置決め用のボスBSに嵌るように4箇所の穴HLを有する。すなわち、各穴HLを対応するボスBSに嵌め込むことで、取付部材MMが、第1レンズLS1に対して正確に位置決めされ、開口部OP1を有する第1絞りST1が形成される。また、この場合、ボスBSの先端部が、第2レンズLS2との当接面になっている、すなわち他のレンズまたは鏡筒との当接面になっていることで、第1レンズLS1の光軸方向の位置決めに使用されている。また、例えば図10の正面図に示されるように、4箇所のボスBS及び穴HLは、対称性を有して4隅に設けられている。すなわち、図3等に示す光軸AXを中心に対象となる位置関係で配置されている。なお、シート状の第1絞りST1のたわみ等も、ボスBSと穴HLの存在によって生じないようにしている。また、シート状の取付部材MMには、予め粘着剤が形成されており、第1レンズLS1への取付に際して接着されている。なお、この場合、粘着剤は、取付部材MMと取付部材MMよりも光路下流側にある第1レンズLS1との間に付いていることになる。すなわち、粘着剤は、取付部材MMのうち画像表示装置80と反対側に配置される。これにより、粘着剤による画像表示装置80側からの不要光の反射防止機能の低下を回避できる。つまり、上記と反対向きに粘着剤を塗布する場合に比べて、粘着層での光の反射を生じにくくして、想定外のゴースト発生を抑制している。
Hereinafter, the first aperture stop ST1 formed by the mounting member MM will be described in more detail with reference to FIGS. 8 and 9. First, the mounting member MM to be the first diaphragm ST1 is a black sheet-shaped tape member, and the opening H1 that defines the shape of the light transmission region in the opening OP1 of the first diaphragm ST1 as well as the first lens LS1. Among them, four holes HL are provided so as to fit into four positioning bosses BS provided at four corners outside the effective lens diameter. That is, by fitting each hole HL into the corresponding boss BS, the mounting member MM is accurately positioned with respect to the first lens LS1, and the first aperture stop ST1 having the opening OP1 is formed. Further, in this case, since the tip end portion of the boss BS is the contact surface with the second lens LS2, that is, the contact surface with another lens or the lens barrel, the first lens LS1 It is used for positioning in the optical axis direction. Further, for example, as shown in the front view of FIG. 10, the four bosses BS and the holes HL are symmetrically provided at the four corners. That is, they are arranged in a target positional relationship around the optical axis AX shown in FIG. It should be noted that the bending of the sheet-shaped first aperture stop ST1 and the like are prevented from occurring due to the existence of the boss BS and the hole HL. Further, the sheet-shaped mounting member MM is preliminarily formed with a pressure sensitive adhesive, and is adhered to the first lens LS1 when it is mounted. In this case, the adhesive is attached between the mounting member MM and the first lens LS1 on the optical path downstream side of the mounting member MM. That is, the adhesive is arranged on the side of the attachment member MM opposite to the
なお、上記のようなボスBSと穴HLとによる組付け構造以外の方法として、例えば、レンズや鏡筒(バレル)などに設けた凹部に、第1絞りST1となるべき遮光シートの外形がぴったりとはまるように貼り合わせる、または挟み込んだ構造とすることが考えられる。しかし、この場合、多少組立時にずれた状態ではめ込んでも組み立てることができてしまうため、組立精度の管理をすることが難しくなる。また、採用する遮光シートが、腰の強い板金や樹脂部品等であれば問題ないが、比較的腰の弱いシート部品等を採用する場合は、内部でたわみ等が発生したままの状態で組み立てられてしまう可能性もある。上記では、レンズLS1等に設けられた突起であるボスBSに第1絞りST1となるべきシート状部材の穴HLを入れ込む構成にすることによって、たわみの発生がなく、また組立時のズレが生じにくくしている。 As a method other than the assembling structure using the boss BS and the hole HL as described above, for example, the outer shape of the light shielding sheet to be the first aperture stop ST1 is exactly fitted to the concave portion provided in the lens or the barrel (barrel). It is conceivable that the structure is such that they are stuck together so that However, in this case, since it is possible to assemble even if it is fitted in a state where it is slightly displaced at the time of assembly, it becomes difficult to control the assembly accuracy. There is no problem if the light-shielding sheet to be used is a sheet metal or resin parts with a strong rigidity, but when using a sheet member with a relatively weak rigidity, it is assembled with the internal flexure etc. still occurring. There is a possibility that it will end up. In the above, by forming the hole HL of the sheet-shaped member to be the first aperture stop ST1 into the boss BS which is a protrusion provided on the lens LS1 or the like, there is no occurrence of bending and there is no deviation during assembly. It is hard to occur.
以上のような構成から、投射光学系30の組付けについては、まず、鏡筒BRの内面に設けた位置決め部DT3を基準として画像表示装置80の組付け側と反対側から第3レンズLS3を組み付け、さらに、位置決め部DT2を基準として第2レンズLS2を組み付ける。その後、予め取付部材MMを取り付けておいた第1レンズLS1を、位置決め部DT1を基準として画像表示装置80の組付け側と反対側から鏡筒BRの内面に組み付け、最後に、画像表示装置80の組付け側から位置決め部DT4を基準として第4レンズLS4を組み付ける。以上のようにして、1つのユニットとしての投射光学系30が製作される。
With the configuration as described above, when assembling the projection
以上のように、絞りを構成するに際して、鏡筒BRに設ける場合、鏡筒BRが樹脂成型部品や金属切削部品等だと、加工方法による理由で絞りは1箇所しか形成できない。そのため、上記では、鏡筒BRに1つの絞りを形成し、レンズ間に配置された遮光シート(黒テープ)である取付部材MMを配置することによって、もう1つの絞りを形成している。取付部材MMについてのより具体的な一例を説明すると、取付部材MMは、黒テープ等で構成される遮光シート、すなわち黒色シート部材である。図8や図9に示す一例では、取付部材MMは、レンズLS1の少なくとも一部に対して回り込んで貼付された構成となっている。これにより、レンズLS1への密着性を向上させるとともに、レンズLS1付近での内部反射に起因する光モレ等の発生やこれによる映像光等への影響を抑制可能としている。 As described above, when the diaphragm is provided in the lens barrel BR, if the lens barrel BR is a resin molded component, a metal cutting component, or the like, the diaphragm can be formed in only one place due to the processing method. Therefore, in the above description, one stop is formed in the lens barrel BR, and the other stop is formed by disposing the mounting member MM which is a light shielding sheet (black tape) disposed between the lenses. A more specific example of the mounting member MM will be described. The mounting member MM is a light-shielding sheet formed of black tape or the like, that is, a black sheet member. In the example shown in FIG. 8 and FIG. 9, the mounting member MM has a configuration in which it is wrapped around at least a part of the lens LS1 and attached. As a result, it is possible to improve the adhesion to the lens LS1 and suppress the occurrence of light leakage and the like due to internal reflection near the lens LS1 and the influence thereof on the image light and the like.
なお、以上のような投射光学系30において、第1絞りST1と第2絞りST2とでは、第2絞りST2のほうが映像光GLの光線束が細い。例えば、図10及び図11に示すように、第2絞りST2において開口H2を形成する第2の開口部OP2の第2方向D2についての開口幅である第2方向開口幅W2は、第1絞りST1において開口H1を形成する第1の開口部OP1の第1方向D1についての開口幅である第1方向開口幅W1よりも小さい。例えば、第1方向開口幅W1は、8.5mm程度とするのに対して、第2方向開口幅W2は、4.25mm程度とする構成が考えられる。また、図11に示すように、開口H2の形状については、第1方向D1についての開口幅のほうが、第2方向D2についての開口幅(すなわち第2方向開口幅W2)よりも大きくなっている。
In the projection
以上のように、本実施形態に係る虚像表示装置100は、画像を表示する映像素子である画像表示装置80と、画像表示装置80からの映像光GLを投射する投射光学系30と、投射光学系30における第1の開口部OP1を形成する第1絞りST1と、投射光学系30における第2の開口部OP2を形成する第2絞りST2とを有する2段構造絞りDSとを備え、画像表示装置80の像面IPの周辺部から射出される映像光GLの主光線PRpについて、像面IPに対する傾きは、像面IPの面内方向のうちの第1方向D1と第1方向D1に垂直な第2方向D2とで異なっており、2段構造絞りDSにおける第1絞りST1と第2絞りST2とは、第1方向D1と第2方向D2とにおける主光線PRpの傾きの違いに応じて異なる位置に設けられている。
As described above, the virtual
上記虚像表示装置100では、2段構造絞りDSにおいて、第1絞りST1と第2絞りST2とが、映像素子である画像表示装置80の像面IPの面内方向のうちの第1方向D1と第2方向D2とにおける主光線PRpの傾きの違いに応じて異なる位置に設けられていることで、適切に映像光GLの調整を行うことができる。より具体的には、本実施形態では、画像表示装置80の周辺部における主光線PRpの傾きについて、第2方向D2についての傾きが、第1方向D1についての傾きよりも大きくなっている。これに対応して、2段構造絞りDSにおいて、第1絞りST1は、第1方向D1についての絞りであり、第2絞りST2は、第2方向D2についての絞りとなっている。これにより、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。
In the virtual
〔第2実施形態〕
以下、図12を参照して、第2実施形態に係る虚像表示装置について一例を説明する。
[Second Embodiment]
An example of the virtual image display device according to the second embodiment will be described below with reference to FIG.
本実施形態に係る虚像表示装置は、第1実施形態で例示した虚像表示装置の変形例であり、映像光GLを導光する方向を除いて、第1実施形態の場合と同様であるので、虚像表示装置の全体に関する説明は省略する。 The virtual image display device according to the present embodiment is a modified example of the virtual image display device illustrated in the first embodiment, and is the same as the case of the first embodiment except for the direction in which the image light GL is guided. A description of the entire virtual image display device will be omitted.
図12は、本実施形態に係る虚像表示装置200の一構成例について説明するための光路図であり、概念的な構成を併せて示しており、図3に対応する図である。図3の例では、眼の並びに沿った水平方向に沿った左右方向について映像光GLを導光していたのに対して、本実施形態では、水平方向に垂直な方向に沿った上下方向について映像光GLを導光している。この場合においても、画像表示装置280の像面IPから射出される映像光GLについて傾け、投射光学系230に対して、2段構造絞りDSを構成する第1絞りST1と第2絞りST2とについて、像面IPから射出される映像光GLの傾きに応じて光路上異なる位置に配置することで、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。
FIG. 12 is an optical path diagram for describing one configuration example of the virtual
〔第3実施形態〕
以下、図13等を参照して、第3実施形態に係る虚像表示装置について一例を説明する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, an example of the virtual image display device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 13 and the like.
本実施形態に係る虚像表示装置は、第1実施形態で例示した虚像表示装置の変形例であり、第1表示装置及び第2表示装置を構成する光学系の構造を除いて、第1実施形態の場合と同様であるので、虚像表示装置の全体に関する説明は省略する。また、第1表示装置と第2表示装置とは、左右対称で同等の構造を有するため、第1表示装置についてのみ説明し、第2表示装置については説明を省略する。また、光学系において第1実施形態の場合同一の符号を付したもののうち、特段に新たな説明をしないものについては、第1実施形態の場合と同様とする。 The virtual image display device according to the present embodiment is a modified example of the virtual image display device illustrated in the first embodiment, and the first embodiment except the structure of the optical system forming the first display device and the second display device. Since it is similar to the case of 1, the description of the entire virtual image display device will be omitted. Further, since the first display device and the second display device have symmetrical and equivalent structures, only the first display device will be described, and description of the second display device will be omitted. In the optical system of the first embodiment, the same reference numerals are given, and those that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.
図13は、本実施形態に係る虚像表示装置300の一構成例について説明するための平面断面図であり、虚像表示装置300のうち、左眼用の第1表示装置300Aについて示している。また、図14は、第1表示装置300Aの側面断面図である。さらに、図15は、映像光における主光線の傾きについて説明するための概念図であり、図5に対応する図である。
FIG. 13 is a plan sectional view for explaining one configuration example of the virtual
図13〜図15に示すように、本実施形態では、2段構造絞りDSにおいて、相対的に光路下流側に位置する第1絞りST1と、相対的に光路上流側に位置する第2絞りST2の役割が、第1実施形態の場合と異なっている。端的に言うと、図14に示すように、光路下流側すなわち画像表示装置80から相対的に遠い位置に配置されている第1絞りST1は、垂直方向についての絞りとなっている。一方、図13に示すように、光路上流側光路上流側すなわち画像表示装置80に相対的に近い位置に配置されている第2絞りST2は、水平方向についての絞りとなっている。これは、本実施形態に係る虚像表示装置300では、図15に示すように、主光線PRpの傾きについて、第2方向D2についての傾きを、第1方向D1についての傾きよりも大きくした構成としている、すなわち図15において傾斜角度αが、傾斜角度βよりも大きくなっている構成であることに対応させたためである。本実施形態においても、2段構造絞りDSが、上記のような配置関係にある第1及び第2絞りST1,ST2を有していることで、適切に光の調整を行い、ゴーストの発生を抑制している。
As shown in FIGS. 13 to 15, in the present embodiment, in the two-stage structure diaphragm DS, the first diaphragm ST1 located relatively downstream of the optical path and the second diaphragm ST2 located relatively upstream of the optical path. Is different from that of the first embodiment. In short, as shown in FIG. 14, the first diaphragm ST1 arranged on the downstream side of the optical path, that is, at the position relatively far from the
以上のように、本実施形態でも、第1実施形態の場合と同様に、投射光学系30における第1の開口部を形成する第1絞りST1と、投射光学系30における第2の開口部を形成する第2絞りST2とを有する2段構造絞りDSにおいて、第2絞りST2は、光路上第1絞りST1よりも画像表示装置80に近い位置に配置されており、第1絞りST1と第2絞りST2とは、異なる方向についての絞りである。この上で、本実施形態では、第1実施形態の場合と異なり、画像表示装置80の周辺部における主光線PRpの傾きについて、第2方向D2についての傾きが、第1方向D1についての傾きよりも小さくなっている。これに対応して、2段構造絞りDSにおいて、第1絞りST1は、第2方向D2についての絞りであり、第2絞りST2は、第1方向D1についての絞りとなっている。これにより、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。
As described above, also in the present embodiment, as in the case of the first embodiment, the first aperture stop ST1 forming the first opening in the projection
〔その他〕
以上実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。
[Other]
Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments and can be implemented in various modes without departing from the scope of the invention.
まず、上記のうち、例えば第1実施形態において、第2絞りST2を、鏡筒BRによって形成されるものとしているが、特に低コスト化のためには、例えば、鏡筒BRであれば、絞り形状も含めた一体部品とする必要があり、絞り部分の部品厚みは少なくとも0.7mm以上必要となる。そのため、例えば、第2絞りST2を配置するレンズ間距離(コバ間隔)は、少なくとも1mm以上確保することが望ましい。 First, of the above, for example, in the first embodiment, the second diaphragm ST2 is formed of the lens barrel BR, but in order to reduce the cost, for example, in the case of the lens barrel BR, the diaphragm is reduced. It is necessary to form an integrated part including the shape, and the part thickness of the narrowed part needs to be at least 0.7 mm or more. Therefore, for example, it is desirable to secure at least 1 mm or more between the lenses (edge interval) in which the second diaphragm ST2 is arranged.
また、第1絞りST1は、上記のほか、例えば金属板金や紙やプラスチック素材のシート材でもよく、あるいはプラスチック成型部材でもよい。さらに、黒色塗装された板金でもよい。固定する方法としては、レンズへの接着の他、レンズ間に挟まれるように配置してもよいし、プラスチック成型部材や板金とレンズとのスナップフィット構造(フック構造)でもよい。テープ等の薄い部材を適用することで、反射、散乱等を抑制できる。つまり、薄肉部品にすることで、肉厚側面部を設けたことに伴って内部反射により新たなゴースト光が発生する、といった事態を回避し、効果的に鏡筒内やレンズ側部等でのゴースト光をカットすることができる。 In addition to the above, the first aperture stop ST1 may be, for example, a metal sheet metal, paper, a sheet material of plastic material, or a plastic molded member. Furthermore, a black-painted sheet metal may be used. As a method of fixing, in addition to adhesion to the lens, it may be arranged so as to be sandwiched between the lenses, or a plastic molding member or a snap fit structure (hook structure) between the metal plate and the lens. By applying a thin member such as a tape, reflection, scattering, etc. can be suppressed. In other words, by using a thin-walled component, it is possible to avoid a situation in which new ghost light is generated due to internal reflection due to the provision of the thick-walled side surface portion, and it is possible to effectively reduce the ghost light inside the lens barrel or the lens side portion. It can cut ghost light.
また、第1絞りST1の取付のための構造については、例えば図16の斜視図F1、側面図F2及び斜視図F3に示すように、第1絞りST1は、レンズLS1とレンズLS2の間に挟まれるように配置されて固定されるようにしてもよい。より具体的には、まず、斜視図F1に示すように、レンズLS1と第1絞りST1とにおいて突起部と当該突起部に対応する穴とにより設けられた取付位置決め部ATによって第1絞りST1をレンズLS1に対して取り付けた状態とする。その後、側面図F2及び斜視図F3に示すように、レンズLS2と第1絞りST1付の第1絞りST1とを組付けることで、結果的に、第1絞りST1をレンズLS1とレンズLS2の間に挟まれるように配置できる。なお、上記においてレンズLS1等に代えて第1絞りST1を挟む部材の一部を鏡筒の当接面としてもよい。 Regarding the structure for mounting the first aperture stop ST1, as shown in, for example, the perspective view F1, side view F2, and perspective view F3 of FIG. 16, the first aperture stop ST1 is sandwiched between the lens LS1 and the lens LS2. It may be arranged so as to be fixed and fixed. More specifically, first, as shown in the perspective view F1, the first aperture stop ST1 is moved by the attachment positioning portion AT provided by the projection portion and the hole corresponding to the projection portion in the lens LS1 and the first aperture stop ST1. It is in a state of being attached to the lens LS1. After that, as shown in the side view F2 and the perspective view F3, by assembling the lens LS2 and the first diaphragm ST1 with the first diaphragm ST1, as a result, the first diaphragm ST1 is placed between the lens LS1 and the lens LS2. It can be placed so that it is sandwiched between. In the above, instead of the lens LS1 and the like, a part of the member sandwiching the first diaphragm ST1 may be used as the contact surface of the lens barrel.
以上の場合、接着剤で貼ることなしに挟み込む形で位置決めすることで、板金や樹脂部品を利用する場合に比べて、接着工程を省いて組立コストを抑制することができる。 In the above case, the positioning is performed in a sandwiched manner without pasting with an adhesive, so that the bonding process can be omitted and the assembly cost can be suppressed as compared with the case where a sheet metal or a resin component is used.
また、各絞りST1,ST2の開口の形状は、左右非対称でもよい。例えば、図17の正面図G1及び斜視図G2に例示するように、第1絞りST1の開口H1を台形状とすること等が考えられる。この場合において、組立時の組み方向間違い防止のため、例えば図17に例示するように、4本の位置決め用のボスBS及びこれに対応する4箇所の穴HLのうち、右下箇所の位置決め用の穴径だけ他の穴径と異なるものに変えるか、あるいは、穴配置を左右非対称にすることが考えられる。 Further, the shapes of the openings of the stops ST1 and ST2 may be left-right asymmetrical. For example, as illustrated in the front view G1 and the perspective view G2 of FIG. 17, it is conceivable that the opening H1 of the first diaphragm ST1 has a trapezoidal shape. In this case, in order to prevent a wrong assembly direction at the time of assembly, for example, as shown in FIG. 17, among the four positioning bosses BS and the corresponding four holes HL, the lower right position is positioned. It is conceivable to change only the hole diameter of No. 1 to one different from other hole diameters, or to make the hole arrangement asymmetric.
図17での例示のように、第1絞りST1の開口H1が、上下または左右で非対称な形状であり、位置決めボスの大きさについて、少なくとも1つのボスBSが他のボスBSとサイズまたは形状が異なっており、対応する穴HLも同様にサイズが異なっていることで、例えば、画像表示装置80からの射出成分についてのテレセン角が、上下または左右で非対称な場合に対応できる。つまり、光源側の光線束全体の形状が非対称であるような場合に、上記のように、開口H1の形状も上下または左右で非対称とすることで、より効率的にゴースト光をカットすることが可能となる。また、この場合において、組立時に間違った組み方とならないように、ボスとそれに対応する穴の形状について、少なくとも1か所だけ他の箇所と変えて回転対称とならないような形状としている。
As illustrated in FIG. 17, the opening H1 of the first aperture stop ST1 has a vertically or horizontally asymmetrical shape, and at least one boss BS has a size or shape that is different from that of the other bosses BS with respect to the size of the positioning boss. Since the holes HL are different and the sizes of the corresponding holes HL are also different, it is possible to cope with the case where the telecentric angles of the components emitted from the
また、上記では、位置決め用のボスBS及びこれに対応する穴HLを、光軸中心に対して対称の位置に少なくとも1対配置されるように、対称性を有して4隅に設けることで、組立時に左右上下方向のたわみを発生させることなく組み立てる構成としており、理想的には図10等に例示した通り、対称性を有して4隅に設けることが望ましい。しかしこれに限らず、位置決め用ボスについては、光軸中心に対して対称の位置に少なくとも1対配置されるようにすることで、ある程度の組付け精度の維持が期待できる。 Further, in the above description, the positioning boss BS and the corresponding hole HL are provided at the four corners with symmetry so that at least one pair of the positioning boss BS and the corresponding hole HL are arranged symmetrically with respect to the optical axis center. In the assembling, the assembly is performed without bending in the left-right and up-down directions. Ideally, as illustrated in FIG. However, the present invention is not limited to this, and by positioning at least one pair of positioning bosses symmetrically with respect to the center of the optical axis, it can be expected that the assembly accuracy is maintained to some extent.
また、上記では、一例として、ボスBSを第1レンズLS1に設け、その先端部を第2レンズLS2とに当接させるものとすることで、第1レンズLS1の光軸方向の位置決めを行うものとしているが、ボスBSを設ける箇所については、種々の態様が考えられ、第1レンズLS1以外の投射光学系30のレンズや鏡筒BRに設けることも考えられる。
Further, in the above description, as an example, the boss BS is provided on the first lens LS1 and the tip end portion thereof is brought into contact with the second lens LS2, thereby positioning the first lens LS1 in the optical axis direction. However, various aspects can be considered for the location where the boss BS is provided, and it is also possible to provide the boss BS on the lens of the projection
また、位置決め用のボスBSは、これを設けるレンズLS1等の形状のうち、長手の方向において両端に設けられていることが望ましい。例えば、レンズ形状が縦長の場合、上下それぞれに少なくとも1か所ずつボスBSが設けられていることで、当該ボスBSの間隔が長いほど、シート貼り付け時の回転に対する組付精度を向上するからである。 Further, it is desirable that the positioning boss BS is provided at both ends in the longitudinal direction of the shape of the lens LS1 or the like in which it is provided. For example, when the lens shape is vertically long, at least one boss BS is provided on each of the upper and lower sides, so that the longer the distance between the bosses BS, the higher the assembling accuracy with respect to the rotation when the sheet is attached. Is.
また、複数の鏡筒で構成するものとしてもよい。例えば、3つのレンズLS1〜LS3を第1の鏡筒にて固定し、レンズLS4を第2の鏡筒にて固定し、第1の鏡筒と第2の鏡筒とを接合して投射レンズLSを構成することも考えられる。この場合、鏡筒において、2つの絞り位置を確保できる。 Further, it may be configured by a plurality of lens barrels. For example, the three lenses LS1 to LS3 are fixed by the first lens barrel, the lens LS4 is fixed by the second lens barrel, and the first lens barrel and the second lens barrel are joined together to form a projection lens. It is also conceivable to configure the LS. In this case, two diaphragm positions can be secured in the lens barrel.
また、画像表示装置80としては、上記以外にも、透過型の液晶表示デバイスとしてのHTPSのほか、種々のものを利用可能であり、例えば、反射型の液晶表示デバイスを用いた構成も可能であり、液晶表示デバイス等からなる映像表示素子に代えてデジタル・マイクロミラー・デバイス等を用いることもできる。
In addition to the above, as the
また、各レンズのレンズ面に適宜ARコートを設けることで、ゴースト光の発生等をさらに抑制するものとしてもよい。 Further, the generation of ghost light or the like may be further suppressed by providing an AR coat on the lens surface of each lens as appropriate.
また、本願発明の技術を、画像光のみを視認させるいわゆるクローズ型(シースルーでない)タイプの虚像表示装置のほか、観察者に外界像をシースルーで視認又は観察させることができるものに採用したり、ディスプレイと撮像装置とで構成されるいわゆるビデオシースルーの製品に対応させたりするものとしてもよい。 In addition to the so-called closed type (not see-through) type virtual image display device for visually recognizing only the image light, the technique of the present invention is adopted in a device that allows an observer to visually recognize or observe the external image, or It may be adapted to a so-called video see-through product including a display and an imaging device.
また、本願発明の技術を、双眼鏡型のハンドヘルドディスプレイ等に適用することもできる。 Further, the technique of the present invention can be applied to a binocular type handheld display and the like.
また、上記において、映像光の一部を透過させるとともに他の一部を反射させる半透過反射膜を設けた箇所については、これに代えて例えば体積ホログラム等の回折素子といった光学機能面を設けることで、同等の役割を果たすようにすることも考えられる。 In addition, in the above, in place of the semi-transmissive reflective film that transmits a part of the image light and reflects the other part, an optical function surface such as a diffractive element such as a volume hologram is provided instead of this. Therefore, it may be possible to play an equivalent role.
以上のように、本発明の一態様の虚像表示装置は、画像を表示する映像素子と、映像素子からの画像を投射する投射光学系と、投射光学系における第1の開口部を形成する第1絞りと、投射光学系における第2の開口部を形成する第2絞りとを有する2段構造絞りとを備え、2段構造絞りにおける第1絞りと第2絞りとは、映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線の傾きに応じて異なる位置に設けられている。 As described above, the virtual image display device of one embodiment of the present invention includes a video element which displays an image, a projection optical system which projects an image from the video element, and a first opening portion in the projection optical system. A two-stage aperture having a first aperture and a second aperture forming a second opening in the projection optical system is provided, and the first aperture and the second aperture in the two-stage aperture are the image plane of the image element. Are provided at different positions according to the inclination of the principal ray of the image light emitted from the peripheral portion of the.
上記虚像表示装置では、2段構造絞りにおいて、第1絞りと第2絞りとが、映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線の傾きに応じて異なる位置に設けられていることで、適切に光の調整を行うことができる。これにより、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。 In the above virtual image display device, in the two-stage structure diaphragm, the first diaphragm and the second diaphragm are provided at different positions depending on the inclination of the principal ray of the image light emitted from the peripheral portion of the image plane of the image element. By doing so, the light can be adjusted appropriately. This suppresses the occurrence of ghosts, for example, enables high-quality and wide-angle image display, provides high-quality images, and further downsizing the optical system, and thus downsizing the entire device. It becomes possible to plan.
本発明の具体的な側面では、像面に対する主光線の傾きは、像面の面内方向のうちの第1方向と第1方向に垂直な第2方向とで異なっている。この場合、映像素子の像面の面内方向のうちの第1方向と第2方向とにおける主光線の傾きの違いに応じて適切に光の調整を行うことができる。 In a specific aspect of the invention, the inclination of the chief ray with respect to the image plane is different between the first direction of the in-plane directions of the image plane and the second direction perpendicular to the first direction. In this case, the light can be appropriately adjusted according to the difference in the inclination of the chief ray between the first direction and the second direction of the in-plane directions of the image plane of the image element.
本発明の別の側面では、観察者による虚像視認可能な範囲を示すアイボックスの面は、観察時における眼の並びに沿った水平方向について、水平方向に垂直な垂直方向よりも大きく、第1方向は、水平方向に対応し、第2方向は、垂直方向に対応している。この場合、例えば両眼視において、眼幅調整を不要な構成とすることができる。 According to another aspect of the present invention, a surface of the eye box showing a range in which a virtual image can be visually recognized by an observer is larger in a horizontal direction along an array of eyes at the time of observation than in a vertical direction perpendicular to the horizontal direction. Corresponds to the horizontal direction, and the second direction corresponds to the vertical direction. In this case, for example, in binocular vision, the interpupillary adjustment can be made unnecessary.
本発明のさらに別の側面では、映像素子の周辺部における主光線の傾きについて、第2方向についての傾きは、第1方向についての傾きよりも大きく、2段構造絞りにおいて、第2絞りは、光路上第1絞りよりも映像素子に近い位置に配置され、第1絞りは、第1方向についての絞りであり、第2絞りは、第2方向についての絞りである。この場合、傾きの違いに応じて適した絞りを設けることができる。 In still another aspect of the present invention, with respect to the inclination of the chief ray in the peripheral portion of the image element, the inclination in the second direction is larger than the inclination in the first direction, and in the two-stage structure diaphragm, the second diaphragm is It is arranged at a position closer to the image device than the first diaphragm on the optical path, the first diaphragm is a diaphragm in the first direction, and the second diaphragm is a diaphragm in the second direction. In this case, a diaphragm suitable for the difference in inclination can be provided.
本発明のさらに別の側面では、第2の開口部の第2方向開口幅は、第1の開口部の第1方向開口幅よりも小さい。この場合、光線束に応じた絞りができる。 In yet another aspect of the present invention, the second-direction opening width of the second opening is smaller than the first-direction opening width of the first opening. In this case, a diaphragm can be formed according to the light flux.
本発明のさらに別の側面では、映像素子の周辺部における主光線の傾きについて、第2方向についての傾きは、第1方向についての傾きよりも小さく、2段構造絞りにおいて、第2絞りは、光路上第1絞りよりも映像素子に近い位置に配置され、第1絞りは、第2方向についての絞りであり、第2絞りは、第1方向についての絞りである。この場合、傾きの違いに応じて適した絞りを設けることができる。 In still another aspect of the present invention, with respect to the inclination of the principal ray in the peripheral portion of the image element, the inclination in the second direction is smaller than the inclination in the first direction, and in the two-stage structure diaphragm, the second diaphragm is It is arranged closer to the image sensor than the first diaphragm on the optical path, the first diaphragm is a diaphragm in the second direction, and the second diaphragm is a diaphragm in the first direction. In this case, a diaphragm suitable for the difference in inclination can be provided.
本発明のさらに別の側面では、投射光学系は、中間像を形成し、非対称光学系を構成する。この場合、HMDに適した光路長を維持しつつ高画質な画像形成ができる。 In still another aspect of the present invention, the projection optical system forms an intermediate image to form an asymmetrical optical system. In this case, a high quality image can be formed while maintaining the optical path length suitable for the HMD.
本発明のさらに別の側面では、投射光学系は、第1絞りの絞り位置と第2絞りの絞り位置の間に少なくとも1枚以上のレンズを配置している。この場合、最適な絞り位置に絞りを配置できる。 In still another aspect of the present invention, the projection optical system has at least one lens disposed between the diaphragm position of the first diaphragm and the diaphragm position of the second diaphragm. In this case, the diaphragm can be arranged at the optimum diaphragm position.
本発明のさらに別の側面では、2段構造絞りにおいて、第1絞りと第2絞りとのうち一方は、投射光学系の鏡筒の一部として一体成形され、他方は、鏡筒と別体の取付部材である。この場合、簡素な構成で、2段構造絞りを実現できる。 In still another aspect of the present invention, in the two-stage structure diaphragm, one of the first diaphragm and the second diaphragm is integrally molded as a part of the lens barrel of the projection optical system, and the other is separate from the lens barrel. Is a mounting member. In this case, a two-stage structure diaphragm can be realized with a simple structure.
本発明のさらに別の側面では、取付部材は、黒色シート部材である。この場合、例えば黒テープ等で構成した黒色シート部材により遮光できる。 In yet another aspect of the present invention, the mounting member is a black sheet member. In this case, for example, a black sheet member made of black tape or the like can shield light.
本発明のさらに別の側面では、観察者の装着時において眼前を覆う透過型反射面を有する導光部材をさらに備える。この場合、シースルーを実現できる。 In still another aspect of the present invention, the light guide member further includes a transmissive reflection surface that covers the front of the eye when the observer is wearing the light guide member. In this case, see-through can be realized.
以上のように、本発明の別の一態様の虚像表示装置は、画像を表示する映像素子と、映像素子からの画像を投射する投射光学系と、投射光学系における第1の開口部を形成する第1絞りと、投射光学系における第2の開口部を形成する第2絞りとを有する2段構造絞りとを備え、2段構造絞りにおいて、第2絞りは、光路上第1絞りよりも映像素子に近い位置に配置されており、第1絞りと第2絞りとは、異なる方向についての絞りである。 As described above, a virtual image display device according to another aspect of the present invention forms a video element that displays an image, a projection optical system that projects an image from the video element, and a first opening in the projection optical system. And a second stop having a second stop that forms a second opening in the projection optical system. In the two-step structure stop, the second stop is more than the first stop on the optical path. The first diaphragm and the second diaphragm are arranged at positions close to the image element and are diaphragms in different directions.
上記虚像表示装置では、2段構造絞りにおいて、第2絞りは、光路上第1絞りよりも映像素子に近い位置に配置されており、第1絞りと第2絞りとは、異なる方向についての絞りであることで、適切に光の調整を行うことができる。これにより、ゴーストの発生を抑制し、例えば、高品位で広画角な映像表示を可能としたり、高画質な映像を提供し、さらに、光学系の小型化、延いては装置全体の小型化を図ったりすることが可能になる。 In the above virtual image display device, in the two-stage structure diaphragm, the second diaphragm is arranged closer to the image element than the first diaphragm on the optical path, and the first diaphragm and the second diaphragm are diaphragms in different directions. Therefore, the light can be adjusted appropriately. This suppresses the occurrence of ghosts, for example, enables high-quality and wide-angle image display, provides high-quality images, and further downsizing the optical system, and thus downsizing the entire device. It becomes possible to plan.
本発明の具体的な側面では、投射光学系は、第1絞りの絞り位置と第2絞りの絞り位置の間に少なくとも1枚以上のレンズを配置している。 In a specific aspect of the present invention, the projection optical system has at least one lens arranged between the diaphragm position of the first diaphragm and the diaphragm position of the second diaphragm.
本発明の別の側面では、2段構造絞りにおいて、第1絞りと第2絞りとのうち一方は、投射光学系の鏡筒の一部として一体成形され、他方は、鏡筒と別体の取付部材である。この場合、簡素な構成で、2段構造絞りを実現できる。 According to another aspect of the present invention, in the two-stage structure diaphragm, one of the first diaphragm and the second diaphragm is integrally molded as a part of a lens barrel of the projection optical system, and the other is a lens barrel and a separate body. It is a mounting member. In this case, a two-stage structure diaphragm can be realized with a simple structure.
本発明のさらに別の側面では、取付部材は、黒色シート部材である。この場合、例えば黒テープ等で構成した黒色シート部材により遮光できる。 In yet another aspect of the present invention, the mounting member is a black sheet member. In this case, for example, a black sheet member made of black tape or the like can shield light.
本発明のさらに別の側面では、黒色シート部材は、投射光学系を構成するレンズの少なくとも一部に対して回り込んで貼付されている。この場合、投射光学系を構成するレンズへの密着性を向上させるとともに、レンズ付近での内部反射に起因する光モレ等の発生やこれによる映像光等への影響を抑制できる。 In still another aspect of the present invention, the black sheet member is attached so as to wrap around at least a part of the lens forming the projection optical system. In this case, it is possible to improve the adhesion to the lens that constitutes the projection optical system, and to suppress the occurrence of light leakage and the like due to internal reflection near the lens and the influence thereof on the image light and the like.
本発明のさらに別の側面では、取付部材は、投射光学系又は鏡筒に設けた複数の位置決め用のボスに対応する複数の穴を有する。この場合、取付部材の組立時において、たわみの発生や、ズレを抑制できる。 In still another aspect of the present invention, the mounting member has a plurality of holes corresponding to a plurality of positioning bosses provided on the projection optical system or the lens barrel. In this case, at the time of assembling the mounting member, it is possible to suppress the occurrence of deflection and the deviation.
本発明のさらに別の側面では、位置決め用のボスは、投射光学系において対称性を有して配置されている。この場合、組付け精度を高めることができる。 In still another aspect of the present invention, the positioning boss is arranged symmetrically in the projection optical system. In this case, the assembling accuracy can be improved.
本発明のさらに別の側面では、位置決め用のボスは、投射光学系又は鏡筒に当接することで、光軸方向についての位置決めをする。この場合、精度良い位置決めができる。 In still another aspect of the present invention, the positioning boss contacts the projection optical system or the lens barrel to perform positioning in the optical axis direction. In this case, accurate positioning can be performed.
本発明のさらに別の側面では、位置決め用のボス及び当該ボスに対応する複数の穴のうち、他のボス及び穴と異なる形状を有するものを含む。この場合、組立時の間違いを回避できる。 According to still another aspect of the present invention, the positioning boss and the plurality of holes corresponding to the boss have different shapes from the other bosses and holes. In this case, mistakes during assembly can be avoided.
10…導光部材、20…導光装置、30…投射光学系、50…光透過部材、80…画像表示装置、100…虚像表示装置、100A…第1表示装置、100B…第2表示装置、102…フレーム部、102a…中央部、102b…支持体、104…テンプル、105d…外装部材、200…虚像表示装置、230…投射光学系、280…画像表示装置、300…虚像表示装置、300A…第1表示装置、AT…取付位置決め部、AX…光軸、BR…鏡筒、BS…ボス、CC…中心部、DS…造絞り、DT1〜DT4…位置決め部、EB…アイボックス、GL…映像光、GLc…成分光、GLp…成分光、H1,H2…開口、HL…穴、IP…像面、LS…投射レンズ、LS1〜LS4…レンズ、MM…取付部材、OP1,OP2…開口部、PP…周辺部、PRc…主光線、PRp…主光線、ST1…第1絞り、ST2…第2絞り、TP…突起部、α…傾斜角度、β…傾斜角度 10... Light guide member, 20... Light guide device, 30... Projection optical system, 50... Light transmission member, 80... Image display device, 100... Virtual image display device, 100A... First display device, 100B... Second display device, 102... Frame part, 102a... Central part, 102b... Support body, 104... Temple, 105d... Exterior member, 200... Virtual image display device, 230... Projection optical system, 280... Image display device, 300... Virtual image display device, 300A... 1st display device, AT... Attachment positioning part, AX... Optical axis, BR... Lens barrel, BS... Boss, CC... Center part, DS... Drawing stop, DT1-DT4... Positioning part, EB... Eye box, GL... Image Light, GLc... component light, GLp... component light, H1, H2... aperture, HL... hole, IP... image plane, LS... projection lens, LS1 to LS4... lens, MM... mounting member, OP1, OP2... aperture, PP... Peripheral part, PRc... Principal ray, PRp... Principal ray, ST1... First diaphragm, ST2... Second diaphragm, TP... Projection, .alpha.... Inclination angle, .beta.... Inclination angle
Claims (20)
前記映像素子からの画像を投射する投射光学系と、
前記投射光学系における第1の開口部を形成する第1絞りと、前記投射光学系における第2の開口部を形成する第2絞りとを有する2段構造絞りと
を備え、
前記2段構造絞りにおける前記第1絞りと前記第2絞りとは、前記映像素子の像面の周辺部から射出される映像光の主光線の傾きに応じて異なる位置に設けられている、虚像表示装置。 A video element that displays an image,
A projection optical system for projecting an image from the video element,
A two-stage structure diaphragm having a first diaphragm that forms a first opening in the projection optical system and a second diaphragm that forms a second opening in the projection optical system;
The first diaphragm and the second diaphragm in the two-stage structure diaphragm are provided at different positions depending on the inclination of the principal ray of the image light emitted from the peripheral portion of the image plane of the image element. Display device.
前記第1方向は、前記水平方向に対応し、前記第2方向は、前記垂直方向に対応している、請求項2に記載の虚像表示装置。 The surface of the eye box showing the range in which the virtual image can be visually recognized by the observer is larger than the vertical direction perpendicular to the horizontal direction in the horizontal direction along the line of the eyes at the time of observation,
The virtual image display device according to claim 2, wherein the first direction corresponds to the horizontal direction, and the second direction corresponds to the vertical direction.
前記2段構造絞りにおいて、前記第2絞りは、光路上前記第1絞りよりも前記映像素子に近い位置に配置され、前記第1絞りは、前記第1方向についての絞りであり、前記第2絞りは、前記第2方向についての絞りである、請求項2及び3のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 Regarding the inclination of the chief ray in the peripheral portion of the image element, the inclination in the second direction is larger than the inclination in the first direction,
In the two-stage structure diaphragm, the second diaphragm is arranged closer to the image element than the first diaphragm on the optical path, and the first diaphragm is a diaphragm in the first direction, and the second diaphragm The virtual image display device according to claim 2, wherein the diaphragm is a diaphragm in the second direction.
前記2段構造絞りにおいて、前記第2絞りは、光路上前記第1絞りよりも前記映像素子に近い位置に配置され、前記第1絞りは、前記第2方向についての絞りであり、前記第2絞りは、前記第1方向についての絞りである、請求項2及び3のいずれか一項に記載の虚像表示装置。 Regarding the inclination of the chief ray in the peripheral portion of the image element, the inclination in the second direction is smaller than the inclination in the first direction,
In the two-stage structure diaphragm, the second diaphragm is arranged closer to the image sensor than the first diaphragm on the optical path, and the first diaphragm is a diaphragm in the second direction, The virtual image display device according to claim 2, wherein the diaphragm is a diaphragm in the first direction.
前記映像素子からの画像を投射する投射光学系と、
前記投射光学系における第1の開口部を形成する第1絞りと、前記投射光学系における第2の開口部を形成する第2絞りとを有する2段構造絞りと
を備え、
前記2段構造絞りにおいて、前記第2絞りは、光路上前記第1絞りよりも前記映像素子に近い位置に配置されており、前記第1絞りと前記第2絞りとは、異なる方向についての絞りである、虚像表示装置。 A video element that displays an image,
A projection optical system for projecting an image from the video element,
A two-stage structure diaphragm having a first diaphragm that forms a first opening in the projection optical system and a second diaphragm that forms a second opening in the projection optical system;
In the two-stage structure diaphragm, the second diaphragm is arranged closer to the image element than the first diaphragm on the optical path, and the first diaphragm and the second diaphragm are diaphragms in different directions. Is a virtual image display device.
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